套筒灌浆密实度检测技术研究及其在工程中的应用

套筒灌浆密实度检测技术研究及其在工程中的应用张小琼1，李满枝1，韩跃红2，王　磊2，刘　晓3，魏金龙3（1.上海同济检测技术有限公司，上海 200092；2.上海市建设工程检测行业协会，上海 200092；3.上海宝冶技术工程有限公司，上海 201620） 【摘要】在全国大力推广装配式混凝土结构的趋势下，套筒灌浆密实度的无损检测技术显得越来越重要。

论文总结了目前国内常用的套筒灌浆密实度的无损检测方法及原理，同时结合这些方法在实际工程中的应用情况，指出现有检测方法的不足之处，并提出针对现有问题的解决方法。

【关键词】装配式混凝土结构；套筒灌浆；密实度；无损检测；缺陷 【中图分类号】 TU317 【文献标志码】 A 【文章编号】 1671－3702（2018）10－0106－050　引　言套筒灌浆是将带肋钢筋插入内腔带沟槽的钢筋套筒中，然后注入水泥基的灌浆料拌合物填充套筒和钢筋的间隙，通过拌合物硬化实现钢筋连接传力，达到套筒连接处强度高于钢筋母材的效果。

套筒灌浆作为装配式混凝土结构施工的关键工艺，用于竖向构件及水平构件的连接。

国内外众多学者研究表明［1－3］，在套上海市建设工程检测行业协会资助课题：装配式建筑构件连接节点检测技术开发应用（2016001）作者简介：张小琼，女，高级工程师，研究方向为钢结构无损检测、混凝土结构无损检测、桩基检测。

筒内部灌浆料硬化后饱满且密实的前提下，钢筋套筒灌浆连接件性能满足规范和设计要求。

套筒灌浆连接构造复杂且属于隐蔽工程，同时存在现场灌浆操作不规范、套筒堵塞等问题，致使套筒灌浆不饱满情况时有发生，严重影响结构安全［4－5］。

目前国家规范［6－7］中关于套筒灌浆的规定，主要针对套筒灌浆施工操作和生产前对钢筋套筒灌浆连接接头抗拉强度检验进行规定，内容较为简单，且并未给出现场套筒灌浆密实度的检测方法及判断依据。

本文介绍课题组研发的阻尼振动法、预埋钢丝拉拔法、内窥镜法、X射线法检测套筒灌浆密实度，以及Research on Detection Technology of Sleeve Grouting Densityand its Application in EngineeringZHANG Xiaoqiong1，LI Manzhi1，HAN Yuehong2，WANG Lei2，LIU Xiao3，WEI Jinlong3（1.Shanghai Tongji Testing Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China；2.Shanghai Construction Engineering Test Industry Association，Shanghai 200092，China；3.Shanghai Baoye Engineering Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201620，China） Abstract：Under the premise of promoting the precast concrete structure in China，the nondestructive testing technology of sleeve grouting compactness is becoming more and more important. Common nondestructive testing methods and theories were summarized，and the shortcomings of existing methods were pointed out as well. On the other hand，some existing problems and solutions were put forward. Keywords：precast concrete component；grouting coupler；compactness；nondestructive testing；defect- 106 -- 107 -上述检测方法在工程实际中的应用情况。

1　套筒灌浆密实度无损检测方法1.1　灌浆料充盈度对套筒连接性能的影响灌浆料充盈度即为套筒内实际灌浆量与理论上全部包裹的灌浆料用量的百分比。

为验证套筒灌浆充盈度情况对套筒连接效果的影响，课题组按照不同的充盈度进行套筒灌浆，当灌浆料达到设计强度（抗压强度80～95 MPa ）后对试件进行拉拔试验。

试件采用某全灌浆套筒，套筒性能符合 JG/T 398－2012《钢筋连接用灌浆套筒》的规定。

灌浆料采用某高强无收缩钢筋套筒连接用灌浆料，灌浆料性能符合 JG/T 408－2013《钢筋连接用套筒灌浆料》的规定。

钢筋直径为 22 mm 。

试件成型如图 1 所示，试验结果如图 2 及表 1 所示。

试验表明，灌浆料充盈度低于 60 % 时会影响接头抗拉强度，因此在施工过程中保证灌浆料密实度、充盈度、饱满度尤为重要。

1.2　阻尼振动法阻尼振动法，是一种采用预埋微型阻尼振动传感器进行套筒灌浆质量检测的方法。

传感器在特定激励信号的驱动下，会产生一定频率的振动。

在振动方向上，物体受到的作用力包括弹性力和摩擦阻力，从而使振幅随时间逐渐衰减。

力学方程可以用式（1）表示。

x =A 0e -βtcos （ωt +φ0）（1）式中：x 为振幅，m ；A 0 为初始振幅，m ；t 为时间，s ；ω 为振动系统的固有角频率，rad/s ；β 为阻尼系数；e 为科学常数；φ0 为初始角，rad 。

其中振动的振幅呈指数衰减，当振动体一定、激励后初始振动的幅度和频率一定，振动体周围介质的弹性模量越大其阻尼系数 β 就越大，振幅衰减越快；因此若传感器周围的介质为空气、水、流动的砂浆、凝固后的砂浆，其阻尼系数依次增大，相应的，振幅的衰减将会急剧增加。

根据上述规律，通过测量传感器振幅衰减情况，即可推断传感器周围介质形态，从而判读灌浆料是否达到传感器位置，进而判断套筒灌浆的饱满程度。

套筒灌浆前将阻尼振动传感器预埋在钢筋套筒出浆孔的底部，套筒灌浆施工完成后，可以在灌浆料初凝前进行测试，通过检测传感器信号波幅的衰减情况来判别传感器是否被灌浆料包覆，以确定套筒内检测灌浆料是否饱满，达到控制套筒灌浆施工过程质量的目的；在灌浆料固化后进行检测，可以达到检测套筒灌浆施工质量的目的。

阻尼振动法主要用于判断出浆口密实度，且存在一定误差，还需进一步改善，另一方面，传感器成本较高，且无法直观体现套筒内部灌浆料密实程度，成为限制其应用的壁垒，还需要进一步改善。

1.3　预埋钢丝拉拔法由于灌浆是从下侧的注浆孔灌入，出浆口处的质量最容易出现问题，而且灌浆料在凝固之后和预埋钢丝的粘黏性可以反映灌浆料的内部质量。

拉拔法需要在出浆孔处预先埋设钢丝，考虑到操图 1　试件成型图 2　试验结果表 1　灌浆料充盈度与套筒连接效果充盈度 %抗拉强度/MPa断裂方式备注40471套筒拉脱握裹不足50544套筒拉脱握裹不足60589套筒拉脱握裹不足70621钢筋断裂80618钢筋断裂90628钢筋断裂100626钢筋断裂- 108 -作的简便性，将预埋钢丝与灌浆塞一体化（见图 3），在灌满的同时植入预埋钢丝，减少施工的工序及困难，待灌浆料凝固后预埋钢丝与灌浆料直接黏结在一起。

预埋钢丝的直径和预埋深度通过实验室的若干实验最终确定，保证预埋钢丝极限强度大于黏结力，并且确保试验数据离散性较小。

通过实验证明，预埋钢丝直径为 5 mm 时，拉拔荷载与锚固长度的线性规律比较好，数据比较稳定。

在预埋钢丝直径为 2 mm 或 3.5 mm 时，数据离散性比较大。

预埋钢丝直径为 5 mm ，锚固长度为 30 mm 时，钢丝拉拔后完全处于弹性阶段，且变形较小，卸除荷载后变形能够完全恢复，预埋钢丝可以重复使用。

利用拉拔仪测量预埋钢丝最大拉拔力可以推断灌浆料的质量，预埋钢丝与灌浆料之间的黏结力与灌浆料包裹面积及质量相关。

拉拔法可以得到套筒内灌浆料的几个参数。

如果灌浆料未达到灌浆的高度要求，预埋钢丝未能充分接触到灌浆料，黏结力存在大幅度的减小；如果灌浆料的质量达不到要求的强度，黏结力也存在一定范围的减小。

但是，预埋钢丝拉拔法只能判断出浆口灌浆料密实度，并不能判断套筒内部密实度，且钢丝拉拔后还需对出浆口进行二次填充。

1.4　内窥镜法当套筒灌浆质量较差时，预埋钢丝拉拔法检测用预埋钢丝会被轻易拔出，预埋钢丝被拔出来之后留下一个孔道，孔道直径刚好可以将内窥镜的探头伸入，通过内窥镜的探头可以看到套筒内部灌浆料的实际情况，从而验证灌浆的总体质量。

1.5　X 射线法X 射线法通过直接对套筒内灌浆料成像，可以大致检测灌浆料的位置和质量。

现场试验首先采用射线机对准套筒中心的方式进行成像，得到的底片分辨率较差。

因为套筒钢管壁和混凝土对 X 射线的吸收系 数相差较大，导致内部有无浆料在射线底片上分辨度较低。

对于装配式混凝土结构连接套筒灌浆质量的主要关注点在出浆口，且为了减少套筒钢管壁的影响，将拍片位置做了适当改进，拍摄中心上移至出浆口，充分利用出浆孔的空隙减少套筒钢管壁的影响，并取得了较好的效果。

但是，当采用便携式 X 射线测试仪在工地现场进行检测时，虽然在套筒单排布置或梅花形布置的 200 mm 厚剪力墙上有较好的检测结果，但对于套筒双排对称布置的剪力墙，其检测结果并不理想。

2　套筒灌浆密实度无损检测工程应用2.1　阻尼振动法受上海市建设工程安全质量监督总站委托，课题组采用灌浆饱满度测试仪对某装配式住宅套筒灌浆密实度进行检测，现场检测照片如图 4 所示。

2.2　预埋钢丝拉拔法选择上海某装配整体式剪力墙结构，通过预埋钢丝拉拔法检测套筒灌浆密实度。

剪力墙混凝土强度等级为 C30，剪力墙厚度为 200 mm 。

墙体中间套筒单排布置，套筒中心到墙体边缘的距离为 100 mm 。

现场共选择 3 个套筒进行预埋钢丝拉拔法灌浆饱满度检测，套筒单排居中布置，现场预埋钢丝并灌浆如图 5 所示。

图 3　预埋钢丝图 4　现场检测照片图 5　现场预埋钢丝并灌浆- 109 -现场灌浆并养护 7 d 后进行拉拔检测。

拉拔时，组装好拉拔设备，确保加载方向与钢丝在同一轴线上。

现场采用手摇式拉拔法以及自动拉拔法两种方式进行试验，现场拉拔检测如图 6、图 7 所示。

利用 3 组钢丝拉拔法检测留下的孔道，进行内窥镜检测。

检测结果表明，1 号钢丝拉拔荷载为 6 500 N ，经内窥镜观察发现钢丝留下的孔道内灌浆密实，2 号钢丝拉拔荷载为 1 153 N ，观察发现孔道内灌浆不饱满，3 号钢丝拉拔荷载为 5 312 N ，观察发现孔道内灌浆密实。